水轮机调节资料讲解

第一章1.水轮机调节的任务根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速（频率）在规定范围内，或按某一预定的规律变化．2.为什么要对水轮机进行调节？通过什么途径进行调节？电网负荷一直在变化，负荷的变化导致频率的变化，要维持频率在一定范围内，必须对机组进行调整。

利用调速器调整机组转速。

3.水轮机调节的特点1．水轮机调速器必须具备有足够大的调节功2．液压元件的调节滞后易产生过调节，不利于调节系统的稳定3．水击的反调效应恶化调节系统品质,限制了接力器的开关操作速度4．有些水轮机调速器还具有双重调节机构，从而增加了调速器结构的复杂性5．具有越来越多的自动操作和自动控制功能4.什么是水轮机调节系统，什么是水轮机控制系统，二者有什么区别？水轮机调节系统是由水轮机控制系统和被控制系统组成的闭环控制系统；水轮机控制系统是用来检测被控参量（转速、功率、水位、流量等）与给定参量的偏差，并将它们按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统．一般指由水轮机调速器与油压装置所构成的系统。

5.什么是水轮机调速器，调速器的典型系统结构有哪些？由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称．调速器通常由测量、综合、放大、执行和反馈等元件组成。

6.调速器有哪几种分类方法？具体是怎么分的？1. 按工作容量分：特小型调速器，小型调速器，中型调速器，大、巨型调速器2. 按供油方式分：1）通流式调速器2）压力油罐式调速器，压力油罐式调速器又分为组合式和分离式3. 按调节机构数目分：单调节调速器，双重调节调速器4.按元件结构不同分：机械液压型和电气液压型，电气液压型又分为模拟型电气液压调速器和微机型电气液压调速器5.按调节规律不同分：PI 调速器和PID 调速器6.按反馈位置不同分：辅助接力器型中间接力器型和电子调节器型第二章1.衡量水轮机的动态性能指标有哪些？(1)调节时间Tp: 从阶跃扰动发生时刻开始到调节系统进人新的平衡状态为止所经历的时间。

水轮机调节基础知识1、反应电能质量指标：电压和频率。

2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。

3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。

调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。

4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。

5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。

，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。

7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。

8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。

9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。

10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。

11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。

用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。

12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。

作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。

13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。

14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。

15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。

16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。

17、18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。

1.水轮机转速调节的方法：当水轮机的主动力矩大于发电机的阻力矩时，机组转速就会升高，应减小水轮机的流量或开度;当水轮机的主动力矩大于发电机的阻力矩时，机组转速就会下降，应增大水轮机的流量或开度。

所以，根据机组转速变化来调整水轮机流量输入及主动力矩输出，以维持机组的转速或频率在规定的范围之内，这就是水轮机转速的调节方法。

2.放大原件方块图：3.调节系统工作特性的三种情况：（1）无反馈作用时。

此时相当于缓冲器节流孔全开（Td=0），缓冲活塞上下油路完全畅通，不会形成油压差或油压力，缓冲杯动作不会影响缓冲活塞，及缓冲活塞位置始终保持不变，反馈量为零。

（2）用反馈作用时。

此时相当于缓冲器节流孔全关（Td=00），缓冲活塞上下油路切断，缓冲活塞完全跟随缓冲杯动作，反馈量预祝接力器位移成正比。

（3）软反馈作用时。

此时相当于缓冲器节流孔部分开启（Td等于有限值），缓冲被运动时会在缓冲活塞形成油压差，在油压力作用下缓冲活塞也发生运动。

当缓冲被动作停止后，缓冲活塞在弹簧力的作用下逐渐回到中间位置，反馈量小时为零。

节流孔口越大，Td越小，缓冲活塞回到中间过程越快；节流孔口越小，Td越大，缓冲活塞回到中间过程越慢。

4.调差机构工作原理：调差机构也称永态转差机构。

调差机构是指从主接力器到引导阀针塞之间的杠杆机构（拐臂2，拉杆2，杠杆2，两岸，杠杆1），在调速器中起到硬反馈作用，调节系统静态特性与前述硬反馈作用时形成过程相同。

常用调差率e p来表征调节系统静态特性。

5.表动负荷在并列运行机组间的分配：并列运行的机组所担任的变动负荷与其额定容量成正比，与其调差系统成反比。

在一定的系统容量前提下，要想系统频率受负荷冲击影响小，各台机组机组需要采用较小的调差系数。

大容量、小调差率的电网频率基本保持不变，各台机组的出力也基本保持不变6.调节系统动态特性：动态特性值调节系统受到扰动后，系统进入到动态中各变量随时间的变化规律。

常用动态指标：（1）调节时间Tp。

第一章水轮机调节的基本概念§1-1 水电站的生产过程图1-1 典型水电站示意图从图1-1我们可以看到，为了利用河流的能量来发电，必须在建设水电站的地点集中河段的落差，用筑坝的方式实现。

通过压力引水道输送水能到水轮机，将水能转变成机械能。

水轮机作为交流发电机的原动力，带动发电机旋转，将机械能转变为电能。

这种电能自发电机输出送往电网，然后电能又被送到用户，用户根据自己的需要，将电能转变成各种形式的能量：机械能、光能、热能等等。

可以看出，水电站生产的全过程是水、机、电的联合生产过程，如图1-2所示。

图1-2 水电站生产过程图60pnf §1-2 水轮机调节系统简介水轮机调节系统由被控制系统（调节对象）和被控制系统（调节器）所组成，对水电站而言，调节器就是调速器。

由于水电站是一个水、机、电综合系统，一方面机组与压力引水道有水力上的联系，另一方面又与电力系统有电气上的联系。

因而调节对象包括机组（水轮机和发电机）、引水道和电网。

根据调节对象的各组成单元和调速器之间的关系，可以画出水轮机调节系统如图1-3所示。

§1-3 水轮机调节的任务水轮发电机组将水能转变成电能供工业、农业、商业及人民生活等使用。

用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。

按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz （赫兹），大电网（容量大于3000MW ）允许的频率偏差为±0.2Hz ，小电网（容量小于3000MW ）允许的频率偏差为±0.5。

对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其总容量的5%~10%，而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%~3%。

电力系统负荷的变化，导致了系统频率的波动。

水轮机调节的任务就是解决如何能使机组转速（频率）保持在额定值附件的某个范围之内。

水轮发电机组能否满足上述要求呢？ 发电机组所产生的电流频率由下式确定： （1-1）式（1-1）中：f ——电流的频率（Hz ）；图1-3 水轮机调节系统g t M M dtd J-=ω30nπω=ωηρQH M t =n ——发电机转速（r/min ）； p ——发电机磁极对数。

第一章 调速系统基础知识1.水轮机调节的根本任务水轮发电机组把水能转化为电能供用户使用。

用户除要求供电安全可靠外，还要求电能 的频率和电压保持在额定值附近的某范围内。

频率偏离额定值过大对用户不利，可能使用户的产品质量降低。

按规定：系统频率应保持在50HZ，其偏差不得超过±0.5HZ：对于大容量系统，频率的偏差不得超过±0.2HZ。

此外，还应保持电钟指示与标准时间的偏差在任何时候不大于1分钟；对于大容量系统，不得大于30秒。

同时，电力系统的负荷是不断变化的，存在周期为几秒至几十分钟的负荷波动，这种不可预见的负荷波动幅值可达电力系统总容量的2~3%。

此外，一天之内系统负荷有早、晚两个高峰和中午、深夜两个低谷，这种负荷变化基本上是可预见的。

电力系统负荷的不断变化将导致系统频率的波动。

因此，必须根据负荷的变动不断地调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组的转速（频率）在规定范围内。

这就是水轮机调节的根本任务。

2.实现水轮机调节的途径通过什么方法与途径完成“水轮机调节”的基本任务呢？为简明起见，仅对一台水轮发电机组带负荷的情况进行讨论。

如图示是水轮发电机组示意图。

水轮发电机组示意图水轮发电机转动部分是一个围绕固定轴线做旋转运动的刚体，它的运动可由下列方程描述：式中J ----机组惯性矩；ω---角速度，ω=πn/30（n为机组转速）； t M ---水轮机动力矩；t g d ωJ=M -M dtg M ---水轮机阻力矩。

水轮机动力矩由水流对水轮机叶片的作用力形成，它推动机组转动，其大小决定于：水头H，导叶开度a （流量Q），机组转速等。

由上式可见，实现水轮机调节的途径就是改变水轮机导叶的开度。

3.水轮机调节的特点¾ 水轮机调节具有以下特点：¾ 决定机组出力最基本的因素是水头和流量；¾ 具有两套调节机构的水轮机，在对它们进行调节时，为了达到某种预期的目的，在两套机构之间设有相应的协联机构。